News der Fakultät für Technische Chemie

Titelblatt für Operando-Studien eines Nanokomposit-Methanolsensors

Gemeinsame Forschung der Gruppe von Professor Gϋnther Rupprechter und dem Labor von Professor Francesca Tittarelli, Abteilung für Materialien, Umweltwissenschaften und Stadtplanung, Università Politecnica delle Marche, Ancona, Italien, wurde kürzlich auf dem Cover der Zeitschrift Catalysis Science & Technology vorgestellt. Der Erstautor Qaisar Maqbool verbrachte 6 Monate (Juni bis Dezember 2021) am IMC. Die short term scientific mission (STSM) zielte auf die Echtzeitüberwachung (operando) von funktionierenden Nanokomposit- (TiO2@rGO-NC) und reduzierten Graphenoxid- (rGO) Methanolsensoren ab. Durch die Kombination einer maßgeschneiderten chemiresistiven Gassensorkammer mit DRIFTS und MS wurde zum ersten Mal ein spezielles Operando-Experiment realisiert.

Cover CST

In einer Themenausgabe über "In situ- and operando spectroscopy in catalysis" berichten Q. Maqbool et al. über Operando-Schwingungsspektroskopie von funktionierenden Nanokomposit-Methanolsensoren bei Raumtemperatur. Die Analyse molekularer Prozesse an chemiresistiven Gassensoren basiert in der Regel auf indirekten Nachweisen, während In situ- oder Operando-Studien, die die Wechselwirkungen zwischen Gas und Oberfläche überwachen, einen direkten Einblick ermöglichen würden. Der beschriebene interdisziplinäre Ansatz wendet daher die Spektroskopie an funktionierenden Sensoren an, um die Methanolerfassung bei Raumtemperatur zu untersuchen, wobei gut charakterisierte Nanokomposit- (TiO2@rGO-NC) und reduzierte Graphenoxid- (rGO) Sensoren gegenübergestellt werden. Die Wechselwirkungen des Methanols mit den Sensoren wurden durch (quasi) operando-DRIFTS und in situ-ATR-FTIR-Spektroskopie untersucht, wobei die erste Methode durch gleichzeitige Messungen des elektrischen Widerstands ergänzt wurde. Der Sensormechanismus wurde außerdem durch Massenspektroskopie (MS) untersucht, um die elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche aufzudecken. Die Operando-Spektroskopie und die In-situ-Spektroskopie zeigten, dass der Sensormodus auf dem Nanokomposit auf dem kombinierten Effekt der reversiblen Physisorption und irreversiblen Chemisorption von Methanol, der Bildung einer leitenden Schicht, der zeitlichen Veränderung des Sensors und der Wiederherstellung der Elektronen/O2-Verarmung aufgrund einer elektrochemischen Oberflächenreaktion, bei der CO2 und H2O gebildet werden, beruht.

Methanol interactions

Die Wechselwirkungen von Methanol mit den Sensoren bei Raumtemperatur wurden mittels (quasi) operando-DRIFTS und Operando-MS untersucht.

Originalveröffentlichung

Qaisar Maqbool, Nevzat Yigit, Michael Stöger-Pollach, Maria Letizia Ruello, Francesca Tittarelli, und Günther Rupprechter, Catal. Sci. Technol. 2023, 13, 624-636

https://doi.org/10.1039/D2CY01395A, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Link zur Titelseite: https://doi.org/10.1039/D3CY90008H, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Die Forschung wurde teilweise durch die COST-AKTION CA19118 "Hochleistungsverbundwerkstoffe auf Kohlenstoffbasis mit intelligenten Eigenschaften für fortgeschrittene Sensoranwendungen (EsSENce)" unterstützt, die von COST (Europäische Zusammenarbeit in Wissenschaft und Technologie; www.cost.eu, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster) finanziert wird.  Der instrumentelle Zugang wurde zum Teil vom Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) unterstützt (SFB TACO F81-P08).